Доклад "Математика в моей профессии"

Сергиево-Посадский филиал ВГИК

математика в моей профессии

ЗВУКОРЕЖИССУРА

[о технической стороне творчества]

Ю. Дмитриев

2014 год

аука-основоположница 3

Заплыв в историю 3

Цифоровая революция 4

Финальный рывок 5

Итоги 5

Наука-основоположница
от пирамид к айфонам

С Каждый день все мы, и даже те из нас, кто называет себя гуманитариями, производим в своей голове неисчислимое множество маленьких и простых математических операций. И, давайте прямо: не будь математики, человеческой цивилизации не существовало бы как таковой. Ведь все, начиная Египетскими пирамидами и заканчивая продукцией компании «Apple» было рождено из формул, расчетов и математических моделей.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод: математика – несомненно одна из важнейших наук-основоположниц. И эта работа расскажет вам о ее роли в профессии звукорежиссера.

о том, как много технического в творческом

Звук – прежде всего, явление физическое. И прежде чем рассматривать звукорежиссуру с творческой стороны, нужно помнить: Он представляет собой поток волн разного характера распространения, которые колеблются с определенной частотой и амплитудой. И изучать его начали, как вы уже догадались, ученые-физики. (Заметим, что математика и физика, связаны напрямую.) А первопроходцем в этой ранее не изученной области стал всемирно известный изобретатель лампы накаливания Томас Эдисон. И так, сделаем короткий заплыв в историю.

Заокеанское говорящее чудо, изготовление которого обошлось всего в 18 долларов, представляло собой цилиндр, покрытый оловянной фольгой. Над ним находилась соединенная с мембраной игла, которая в зависимости от громкости и характера звука процарапывала определенной глубины канавку. Вращался цилиндр вручную. Назвали новинку фонографом. В октябре 1877 года Эдисон прогорланил в рупор устройства песенку «У Мэри была овечка» (именно «прогорланил», потому что петь приходилось громко). Так был сделан первый шаг в истории звукозаписи.

Понятно, что до воспроизведения хорошего звука этому шипящему устройству было далеко, к тому же записи с него нельзя было тиражировать. Со временем Эдисон несколько усовершенствовал свое изобретение. Механическую записывающую силу заменил электрической, олово — воском (это дало возможность перезаписи), но основную проблему массового тиражирования он так и не решил.

Фонографы Эдисона выпускались вплоть до 1910 года. Еще около 15 лет после этого цилиндры использовали в американских конторах как диктофоны. Однако в 1929 году выпуск болванок для фонографов был прекращен, и на смену им пришло новое поколение звукозаписывающих аппаратов.

В 1887 году американец немецкого происхождения Эмиль Берлинер изменил концепцию идеи и занялся ее практической реализацией и усовершенствованием. Берлинер применял химическое травление для углубления дорожки на цинковом диске, покрытом слоем воска. Весь процесс от записи до «проявки» и «закрепления» занимал всего полчаса. «Протравленные» диски играли и лучше, и громче. Прибор для их проигрывания получил название «граммофон». Первая грампластинка, теперь уже достояние истории, хранится в Национальном музее США в Вашингтоне. Вскоре с цинковых протравленных дисков научились делать негативные стальные матрицы и с помощью последних — штамповать эбонитовые граммофонные диски.

В 1896 году граммофоны моторизировали, и с тех пор больше не надо было дежурить у звуковоспроизводящего устройства, крутя ручку. Публика по-настоящему оценила чудо техники, и начался массовый выпуск аппаратов и пластинок.

С появлением записывающего оборудования, которое давало не самый качественный звук, стали изобретаться устройства, позволяющие сделать звук громче, чище и интереснее. Многочисленные усилители, компрессоры, ревербераторы, работающие на электровакуумных лампах могли сотворить со звуком, преобразованным в электричество что угодно. Компрессоры сжимали динамический диапазон, делали громкие звуки тише, а тихие громче, давая звуку больше «густоты» и «глубины». Эксайтеры же наоборот, расширяли слишком узкий динамических диапазон.

Естественно, для создания и практического применения такой аппаратуры требовалось огромное количество расчетов. Нужно было рассчитать оптимальное для данной громкости отношение различных факторов друг к другу, а так же частоту срабатывания устройства. И без математики звукоинженерам было бы туго.

«Лунная соната» в битах

После электрофонов (граммофонов на электроприводе) и виниловых пластинок появились устройства, использующие для записи и воспроизведения звука магнитную ленту – магнитофоны. Сначала в них использовались бабины с пленкой, а на смену им пришли компактные и удобные аудиокассеты.

Однако, прогресс шел вперед и однажды наткнулся на компьютеры. Глобальная система единиц и нулей позволяла хранить и обрабатывать различную информацию, и тогда-то на ум гениальным изобретателям пришла идея записать звук в дискретной, цифровой форме. И если прошлые способы касались математики довольно косвенно, то этот столкнулся с ней лоб в лоб. И вот почему: чтобы записать звук в виде единиц и нулей, нужно было заставить некий аналого-цифровой преобразователь через одинаковые промежутки времени считывать значение электрических сигналов (которые в свою очередь являлись преобразованными колебаниями воздуха) и превращать в последовательности единиц и нулей. Этот процесс был назван дискретизацией. Частота срабатывания преобразователя, т.е. частота дискретизации является одним из факторов, определяющих качество записи.

Ясно, что даже секунду звучания симфонического оркестра нельзя записать в одну ячейку (бит). Для записи одной секунды звука используется сразу несколько десятков бит. Количество бит, предназначенное для записи секунды звукового контента назвали «битрейт». И, совсем очевидно, чем больше бит предоставлено, тем полнее получается «звуковая картина». Битрейт – так же один из главных факторов, влияющих на качество цифровой записи.

Такие же процессы происходят и при обратном процессе – воспроизведении – преобразовании единиц и нулей в электрический сигнал и, наконец, в звуковые колебания.

С развитием цифровой техники компьютерные программы начали заменять аналоговые устройства. Ибо те были громоздкими и, порой, занимали половину комнаты. Программы – это программирование. А чему обязано программирование? Правильно – математике!

Я думаю, что на данный момент вы имеете перед глазами достаточное количество текста, доказывающее, что без математики звукорежиссура – не жилец. И не было бы этой волшебной аппаратуры без пары-тройки сотен формул и функций, которые помимо физического, имеют еще и самый математический смыл. Но, хотелось бы сделать последний рывок, чтобы окончательно уверить вас в этом.

акустическая «Школа ремонта»

Для идеального качества запись звука происходит в специально адаптированных студиях. И из специального в них не только аппаратура. Помещение архитектурно выстроено так, чтобы звук передавался максимально точно, не искажаясь по пути от источника к микрофону, не обретая нежелательного окраса и излишней реверберации.

Кстати, театральные и концертные залы тоже спланированы особенным образом – весь зал представляет собой огромный резонатор, который концентрирует в себе все звуки, исходящие со сцены и направляет их точно в уши слушателя. Да что там говорить: даже динамики и наушники имеют специальную акустическую архитектуру для лучшей передачи звука!

И, я почти уверен, что всем известно, что в основе архитектуры лежит раздел той самой математики – геометрия. Так что, уважающий себя звукорежиссер должен не только иметь хороший музыкальный вкус, уметь рассчитывать соотношение атаки и восстановления сигнала, но и уметь правильно развесить звукопоглощающие панели, заранее предусмотрев скорость, направление и характер распространения звуковых волн.

На первый взгляд кажется, что звукорежиссура – наука творческая. Существует заблуждение, что звукорежиссером может стать тот, кто хорошо слышит звук, имеет неплохой вкус и навыки работы с аппаратурой. Ну а тому, как дела обстоят на самом деле, и было посвящена эта работа. Ясно, что без математики не удастся понять, что из себя представляет звук, рассчитать его колебания, построить ту самую заветную аппаратуру для его записи и обработки. Не выйдет не то что правильно компрессор настроить, а даже оптимальную громкость для данного помещения подобрать не получится.

Уровень спада и подъема, акустическая архитектура помещения, даже сопротивление кабелей – все это напрямую и непосредственно связано с математикой. И это доказывает не только теорию о том, что звукорежиссура без математики не сможет существовать, но и мое самое первое умозаключение о том, что математика – наука-основоположница. И так или иначе она касается всех сфер нашей жизни.